當天文學家宣布他們發現了新的太陽系外行星時，也許他們並沒有故意標題黨，但他們發現這顆行星的方式肯定跟你想得不太一樣。因為在99%的情況下，天文學家並沒有能力直接「看到」這顆剛剛被他們發現的行星。
在很多人的想像中，天文學家發現地外行星的過程是這樣的：天文學家用一個超級無敵大的望遠鏡（比如漂在地球軌道上的哈勃望遠鏡）對準宇宙中某一塊區域仔細地觀察，在持續尋找了幾個月之後，終於在鏡頭裡發現了一顆行星！天文學家們非常激動，趕緊把照片導出來發一個大新聞吧！然後我們就在新聞中看到了這樣的圖片：
或者這樣的圖片：
但你需要知道的是，這種圖片全部都是藝術家繪製的想像圖。
那為什麼不直接使用天文學家望遠鏡里看到的圖片呢？很簡單，因為在絕大多數情況下，天文學家是根本無法直接在望遠鏡里「看到」這些行星的。
可能很多人都不知道，人類想要直接對太陽系外的行星進行觀測是一件非常、非常困難的事情。
我們都知道，宇宙中的天體可以分為恆星和行星兩大類。其中自身發光發熱的是恆星，自身不發光、繞着恆星旋轉的是行星。
觀測恆星實在是太簡單了，我們在夜空中看到的滿天繁星絕大多數都是太陽系以外的恆星。毫不誇張地說，從進化出眼睛的那一天起，人類就已經開始了對恆星的觀察。
那麼，人類第一次觀測到太陽系以外的行星是在什麼時候呢？
答案是1992年。
是的，我沒有寫錯你也沒有看錯。在人類登上月球23年後，我們才擁有了觀測太陽系以外的行星的能力。
為什麼這件事這麼困難呢？首先當然是因為其他星系距離我們都實在是太遙遠了。大家在很多科幻小說和游戲裏可能都聽過半人馬座α這個名字。它是距離我們最近的恆星，因此也是很多科幻作品中人類星際殖民之旅的第一站。
半人馬座α距離我們「只有」4.3光年，但這已經是一個非常遙遠的距離了。遙遠到把它換算成公里已經沒有任何意義了，因為人類無法想像這麼大的數字。我們只能用類比的方法來稍微理解一下這個距離有多遠：
如果把地球和太陽間的距離類比成從客廳走去洗手間的距離的話（10米），那麼從地球到半人馬座α星的距離相當於從北京到烏魯木齊的距離。嗯，這還是距離我們最近的恆星，銀河系的直徑是這個距離的至少兩萬倍。
但遙遠的距離還不是我們難以觀測到太陽系外行星最主要的原因。最大的困難在於，這些行星不僅遠，自己還不發光。它們雖然會像太陽系內的木星、金星一樣反射恆星的光，但這種微弱的反射光很容易就被它旁邊的恆星的耀眼光芒旁給遮蔽掉了。有人說，在地球上想要看到一顆恆星旁的行星，就好比在幾公里外尋找一隻在探照燈旁飛舞的螢火蟲。
當仰望星空時，一定有無數的人曾經猜想過，在這些繁星之間的黑暗中，是否也有很多像地球一樣行星在圍繞着它們的木星轉動？是否有些行星上也擁有生命或是文明？
但這種好奇也只能停留在猜想階段，因為人們根本無法確定到那些恆星的周圍是否行星——直到1992年。
在這一年，一位波蘭天文學家和一位加拿大天文學家共同用一種非常曲折迂迴的方式發現了距離我們2300光年的兩顆行星。注意這裡的用詞是「發現」了兩顆行星的存在而不是「看到」了兩顆行星。
在1990年，波蘭天文學家Wolszczan正在位於波多黎各的阿雷西博天文台工作。當他用這裡的射電望遠鏡觀測2300光年外的一顆脈衝星時，注意到了一些奇怪的現象。所謂的脈衝星（Pulsar），是一種特殊的中子星。伴隨着自身的旋轉，它發出的電磁波輻射會間斷性地掃過地球。在地球上的觀測者看來，它在不斷地按照固定的時間間隔向地球發送脈衝式的信號，故而得名。比如Wolszczan在1990年觀測的就是一顆每秒鐘自轉161次的脈衝星。
脈衝星最大的特點在於它所發出的脈衝信號非常穩定，可以被當做宇宙中的天然計時器使用。而Wolszczan在持續觀察一段時間後，發現這顆脈衝星發出的信號卻沒有那麼穩定，有時會稍微快上那麼一點點，有時又會稍微慢上那麼一點點。
這讓Wolszczan很困惑，因為脈衝星的信號周期應該是分毫不差的。他無法確定這種偏差是不是由於射電望遠鏡的誤差造成的，於是他請他的同事、加拿大天文學家Frail在美國新墨西哥州的天文台跟他同步對這顆脈衝星進行觀測。
經過兩年的觀測、計算和分析之後，兩位天文學家認為他們觀察到的信號偏差是因為這顆脈衝星的外圍有兩顆圍繞着它旋轉的行星，這兩顆行星的存在對脈衝星發出的信號產生了影響。他們把這個結果發表在了nature雜誌上，這是科學界公認的人類第一次證實太陽系外行星的存在。
是不是跟你想得不太一樣？從始至終，人們都沒有「看到」過這兩顆行星，只是通過一些數據分析來間接推導出它們的存在。
後來天文學家們又發明了一些其他的方法來尋找系外行星，但大部分也都是非常曲折迂迴的方式。這些方法有：
凌星法（Transit）：當一顆行星剛好運行到它的母星和地球之間時，它會短暫地遮住母星的一部分，使得母星到達地球的光線變弱一點點。這種光線強度的變化往往連百分之一都不到，因此需要精密的測量才能發現。舉個例子來說，如果有外星人在遙遠的地方觀察地球凌日的話，地球遮擋太陽只會造成太陽光線強度減小0.008%，連萬分之一都不到。
凌星法示意圖，事實上我們無法看到上面的情景，只能通過接收到的光線強度變化來推測有行星擋住了恆星
看到這裡大家可能也發現了，這種凌星法有一個與生俱來的缺點。那就是被觀測的行星、它的母星、地球必須處於一條直線上才行。哪怕稍微偏上那麼一點，在地球上就無法觀測到凌星現象了。與此同時這顆行星的尺寸還不能太小，否則對母星的光線強度影響太小，在地球上也無法觀測到。
在浩瀚的宇宙中，顯然只有很少一部分行星才剛好具備這樣的觀測條件。
儘管這種方法聽起來有很多缺陷，但到目前為止，人類發現的絕大多數太陽系外行星都是用這種方法找到的。下面這張圖片中是到2022為止人類發現的所有5000多顆太陽系外行星按照探測方法繪製的分類圖，其中綠色部分是用凌星法發現的：
截止到2022年，每年發現的太陽系外行星數量，其中綠色部分使用凌星法發現的
除了凌星法之外，還有很多種其他的方法，但大部分也都是這種迂迴的方式，比如徑向速度法（radial velocity）。這種方法首先測量一顆恆星相對於地球的運動速度，如果測量出來的速度隨時間有微小的變化的話，就可以推測它的周圍有我們看不到的行星在干擾它的運行軌道。
等等，這感覺跟新聞里說的完全不一樣啊？新聞里天文學家會詳細描述他們發現的行星的大小、重量，還說其中一些行星上可能會有液態的水不是嗎？
很簡單，這些都是他們計算出來的。通過觀測恆星受到的擾動，可以推算出行星的大小、重量和軌道——雖然我們並沒有直接看到它們。天文學家還可以測量出恆星所散發出的熱量，再結合行星和恆星之間的距離，就可以推算出行星表面的平均溫度，以及是否可能存在液態的水。
有時天文學家還會宣布他們觀測到的某顆系外行星的大氣成分，這又是怎麼做到的呢？當凌星發生時，恆星發出的一部分光線會穿過行星的大氣層再抵達地球（如果這顆行星有大氣層的話）。在接收到這樣的光線後，天文學家會對它進行光譜分析。由於每一種分子都會在光譜中留下特別的痕迹，因此天文學家只要分析光譜中的這種痕迹，就可以推算出這顆遙遠行星上的大氣成分。
說了這麼多，好像我們對系外行星所有的了解都是通過間接的方式獲得的。難道就沒有被天文學家直接「看到」的系外行星嗎？
有，但是很少。而且這些行星被天文學家看到的樣子大概率跟你想像中的差距很大。
你想像中的可能是這樣：
或者再不濟也應該是這樣的吧：
但事實上，天文學家能直接「看到」的系外行星是這樣的：
先別急着評論，中間這個亮點並不是天文學家」看到「的行星，而是一顆恆星。照片里的行星是位於這顆恆星左上方的那個小灰點。你可以用手擦擦屏幕，確定一下這並不是一個粘在屏幕上的小污點。相信這張圖片能讓你更好地認識到行星與恆星之間的亮度對比有多大。
前面也說過，我們想要在地球上直接「看到」系外行星的難度就好比在幾公里外發現探照燈旁的螢火蟲一樣困難。天文學家想了很多辦法來克服這種困難。首先，他們使用紅外線來進行觀測，這樣可以大大減少行星和恆星之間的亮度對比。舉例來說，在可見光下，太陽的亮度是木星的十億倍。但如果用紅外線觀測的話，二者之間的亮度對比就會下降到只有100倍。
除此之外，天文學家還可以用日冕儀來遮擋恆星的光線，從而更好地觀察恆星周圍的區域。但即便是這樣，也只有很少一部分距離母星足夠遙遠的行星才能被天文學家直接「看到」。
在截止目前為止人類發現的5000多顆系外行星中，只有大約1%是用這種直接觀察法找到的，剩下的99%全部都是間接的方法發現的。
不管是間接法還是直接法，只有那些剛好符合各種條件的行星才有可能被天文家發現。比如說凌星法需要被觀測的行星、它的母星、地球之間剛好連成一條線；徑向速度法需要被觀測的行星體積較大且距離母星很近，這樣它才能對母星的運行產生擾動；直接觀察法需要一顆不那麼亮的恆星外加距離它很遙遠的一顆行星，等等……
我們可以合理地推測，受到人類目前觀測手段的限制，我們所發現的5000顆系外行星只是宇宙中行星中的很小很小一部分。
那麼，宇宙中的行星數量有多少呢？這個沒人知道，但有天文學家估算，光是在銀河系裡就至少有100億顆類似於地球這樣的行星。
如果總結一下，那麼就是在銀河系中潛在的100億顆行星中，人類「探測」到了其中的0.00005%，然後在這0.00005%的被「探測」到行星中，只有1%的行星真正被我們「看到」了。
這就是現階段人類對於太陽系外行星的觀測能力。
